熔鹽堆是第四代核反應(yīng)堆候選堆型之一,采用氟化物熔鹽作為冷卻劑和燃料載體,選用鎳基高溫合金作為主要結(jié)構(gòu)材料,具有固有安全性、無水冷卻以及小型模塊化等優(yōu)勢。碳化硅及其復(fù)合材料具有高溫強(qiáng)度大、中子吸收截面較小、氚滲透性低等特點,在熔鹽堆中有非常好的應(yīng)用前景,可以被用于反應(yīng)堆控制棒套管、燃料球的包殼等堆芯組件材料。由于氟化物熔鹽具有強(qiáng)腐蝕性,碳化硅材料在氟化物熔鹽中的耐腐蝕性能是評估碳化硅在熔鹽堆中可用性的關(guān)鍵依據(jù)之一。碳化硅在氟化物熔鹽中具有良好的耐熔鹽本征腐蝕性能,但在熔鹽堆運行過程中,氟化物熔鹽腐蝕鎳基合金會使得熔鹽中含有少量金屬腐蝕產(chǎn)物,金屬腐蝕產(chǎn)物可能會對碳化硅材料產(chǎn)生腐蝕作用;同時,熔鹽中碳化硅的腐蝕產(chǎn)物也可能影響金屬材料腐蝕。因此,本課題針對碳化硅材料在熔鹽堆中的腐蝕問題,研究了熔鹽中鎳基合金對碳化硅腐蝕的影響,研究了鎳基合金腐蝕產(chǎn)物Cr³⁺對碳化硅腐蝕的影響及影響其機(jī)理,并進(jìn)一步深入研究了碳化硅材料與鎳基合金在熔鹽中的相互作用。本論文開展的主要研究內(nèi)容及其結(jié)論概述如下:采用靜態(tài)腐蝕方法,將鎳基合金和碳化硅材料共置于一個碳化硅坩堝中進(jìn)行LiF-NaF-KF（... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

熔鹽堆結(jié)構(gòu)示意圖

51.1.3.2 鎳基合金在氟鹽中的腐蝕行為金屬材料在水、空氣環(huán)境中的腐蝕行為與在氟鹽中的腐蝕行為如圖1.2所示。在常規(guī)的高溫氧化環(huán)境中，合金中的鉻、鋁、硅等元素可以與環(huán)境中的氧發(fā)生反應(yīng)，在合金表面生成氧化膜起到鈍化效果，使得合金具有較好的抗氧化和腐蝕能力[ 25]。氟化物熔鹽具有較強(qiáng)的腐蝕性，在氟化物熔鹽環(huán)境中，合金的腐蝕行為通常表現(xiàn)為合金中的金屬元素向熔鹽中擴(kuò)散溶解，在合金表面生成腐蝕孔。由于金屬氧化物不耐熔鹽腐蝕，合金表面沒有鈍化現(xiàn)象。圖 1.2 合金在(a)高溫氧化環(huán)境和 (b)氟化物熔鹽中的腐蝕過程示意圖Fig. 1.2 Schematics of corrosion process of alloy metals in (a) traditional high temperature and(b)molten fluoride environmentGH3535 和 Hastelloy N 等鎳基合金中通常主要含有 Ni、Mo、Cr、Fe 等金屬元素。Olson 等人[ 26]的研究表明，鎳基合金在 FLiNaK 熔鹽中耐腐蝕能力與其鉻元素含量相關(guān)，鎳基合金中 Cr 含量越高

LiF-NaF-KF 熔鹽中碳化硅與鎳基合金之間腐蝕誘導(dǎo)的相互作用研究如圖 1.3所示。鎳基合金中在氟化物熔鹽中的腐蝕呈現(xiàn)晶間腐蝕特征(如圖1.4所示)，主要表現(xiàn)為合金中 Cr 元素以氟化鉻的形式向熔鹽中擴(kuò)散溶解[ 27]，其腐蝕行為與 Cr元素的擴(kuò)散有著密切關(guān)系。ORNL根據(jù) MSBR 運行的實驗結(jié)果分析，鎳基合金在熔鹽中的腐蝕失重與腐蝕時間 t 之間滿足經(jīng)驗公式： m/S = 2 0 式中： m 為合金失重量，S 為合金與熔鹽接觸面積，C0為合金中 Cr 的初始濃度，D 為擴(kuò)散系數(shù)，t 為腐蝕時間。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3105779